CN102414894A - 固体电解质型燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种固体电解质型燃料电池，其具有：配置在燃料电池模块(2)内的燃料电池单电池(84)；重整器(20)；检测其重整状态温度的重整器温度传感器148；及控制燃料电池模块的运行的控制部(110)，该控制部在执行了固体电解质型燃料电池模块的运行停止的状态下至少在POX温度区域内的高温区域中执行运行的再起动时，禁止基于通常起动时的POX的起动，而执行与该通常起动时的POX不同的再起动控制。

Description

固体电解质型燃料电池
技术领域
本发明涉及一种固体电解质型燃料电池，尤其涉及一种通过使燃料气体和氧化剂气体进行电化学反应来发电的固体电解质型燃料电池。
背景技术
固体电解质型燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell：以下也称为“SOFC”)是将氧化物离子导电性固体电解质用作电解质，在其两侧安装电极，在一侧供给燃料气体，在另一侧供给氧化剂(空气、氧等)，并在较高的温度下进行动作的燃料电池。
在该SOFC中，利用经过氧化物离子导电性固体电解质的氧离子和燃料的反应生成水蒸气或二氧化碳，产生电能及热能。向SOFC外部取出电能，使用于各种电气用途。另一方面，热能传递给重整器、燃料及氧化剂等，使用于使它们的温度上升。
在现有的SOFC中，运行中燃料气体供给***的微电脑检测仪检测到异常，或发生伴随地震等的异常时，或者进行辅助设备类的维护等时，需要暂时使运行停止。而且，在上述异常等的暂时的主要原因解除后，或者在维护结束后，面向稳定的发电，要求尽可能短的时间内的迅速的运行再起动。
在此，为了实现燃料电池***的运行再起动的迅速化，在现有的SOFC中，例如，如专利文献1所记载，提出有在燃料电池***的规定的控制处理中要求再起动时，并不是在全部执行燃料电池***的停止处理程序后从最初的起动处理程序执行起动处理，而是在与要求再起动的时刻的控制处理同条件的时刻转入并执行起动处理。
另一方面，例如在专利文献2所记载的现有的SOFC中，提出有通过将燃料电池电堆配置在收容容器内而提高热效率，同时通过使剩余气体在收容容器内燃烧，而与以往相比能够以高温的燃烧气体进行加热，即使在低负荷运行时也能够得到水蒸气重整所需的热量。在该现有的SOFC中，为了进行迅速的起动，在起动时燃料重整器的温度小于部分氧化反应开始温度时，进行利用燃烧气体的燃烧热量来加热燃料重整器的加热运行，当燃料重整器的温度上升至部分氧化反应开始温度以上且小于水蒸气重整可能温度的温度区域内的温度时，利用部分氧化反应的反应热量和燃料气体的燃烧热量来加热燃料重整器，从而进行部分氧化重整反应(以下称为“POX”)。而且，当燃料重整器的温度上升至水蒸气重整可能温度以上且小于恒定温度的温度区域时，控制部分氧化反应的反应热量、燃料气体的燃烧热量及水蒸气重整反应的吸热来加热燃料重整器，进行并用部分氧化重整和水蒸气重整的自热重整反应(以下称为“ATR”)，当燃料重整器的温度变为恒定状态时，通过燃料气体的燃烧热量加热燃料重整器，进行水蒸气重整反应(以下称为“SR”)。即，在这种现有的SOFC中，随着起动时的燃料重整器的温度上升，按照POX、ATR、SR的顺序进行燃料重整并执行起动，因此，可实现稳定迅速的起动。
专利文献1：日本国特开2006-269196号公报
专利文献2：日本国特开2004-319420号公报
但是，在上述的专利文献1及专利文献2的SOFC中，在运行的再起动时，如果还考虑到残留在停止中的燃料电池单电池、电堆内的余热，则燃料电池单电池、电堆的一部分处于高温状态的情况较多。
对此，本发明人发现了重要的新课题，当这种燃料电池单电池、电堆处于高温状态时，尤其利用POX进行再起动时，给予单电池较大的负担。
更具体为，发现了如下的重要课题，即使控制上的重整器温度看起来处于可实施POX运行的状态，也由于从停止运行控制中进行再起动时，燃料电池单电池、电堆的一部分处于高温状态，因此作为燃料重整器的温度处在部分氧化反应开始温度以上且小于水蒸气重整可能温度的温度区域内而进行POX时，由于POX是投入空气并伴随部分氧化的发热反应，因此有时对单电池给予氧化影响，或者变为异常的高温状态，这使单电池自身的耐久性、发电能力逐渐降低。还应实现解决该课题，进而大幅度地缩短再起动所需的时间。
另一方面，在上述的专利文献1及专利文献2中，对如下思想没有示出任何说明，即在为了在再起动时保护单电池并实现再起动的进一步的迅速化而从高温降低温度时的再起动时，即使处在通常起动时的POX温度区域内也禁止通常起动时的POX，执行与通常起动时的POX不同的再起动控制这一思想，从而无法解决上述的新课题。
发明内容
于是，本发明是为了解决上述的新课题而进行的，其目的在于提供一种固体电解质型燃料电池(SOFC)，在伴随从高温降低温度的停止时，通过转而执行与通常起动时的POX不同的再起动控制，减轻对单电池的负担并提高耐久性，同时通过用于再起动而设定的再起动用控制进行再起动，因此，可防止对单电池的影响并缩短起动时间。
为了达成上述目的，本发明是一种通过使燃料气体和氧化剂气体进行电化学反应来发电的固体电解质型燃料电池，其特征在于，具有：固体电解质型燃料电池单电池，配置在固体电解质型燃料电池模块内；重整器，是对燃料气体进行重整并向上述燃料电池单电池供给的重整器，其根据规定的温度区域利用如下任意一个重整反应将燃料气体重整为氢，该重整反应包括通过使燃料气体和氧化剂气体进行化学反应而对燃料气体进行部分氧化重整的重整反应即POX、通过使燃料气体和水蒸气进行化学反应而对燃料气体进行水蒸气重整的重整反应即SR、以及通过并用上述POX和上述SR而对燃料气体进行自热重整的重整反应即ATR；重整状态温度检测器，检测用于上述重整器变更重整状态的重整状态温度；及控制装置，控制上述燃料电池模块的运行，上述控制装置具备控制上述燃料电池模块的运行起动的起动控制装置和控制上述燃料电池模块的运行停止的停止控制装置，上述起动控制装置在使燃料气体点燃并燃烧后，在上述重整状态温度检测器检测出的上述重整状态温度比上述POX开始的POX开始温度低时，执行利用燃料气体的燃烧热量使上述重整器升温的燃烧运行，在上述重整状态温度处在上述POX开始温度以上且小于可实施上述水蒸气重整的温度的POX温度区域内时，为了使上述重整器升温而执行通常起动时的POX，在上述重整状态温度处在可实施上述水蒸气重整的温度以上且小于规定的恒定温度的ATR温度区域内时，为了使上述重整器升温而执行通常起动时的ATR，在上述重整状态温度处在上述规定的恒定温度以上时，为了使上述重整器升温而执行通常起动时的SR，上述起动控制装置还在伴随上述燃料电池模块从高温状态的停止而由上述停止控制装置执行停止处理，并在上述POX温度区域内执行运行的再起动时，在上述重整状态温度至少处在上述POX温度区域内的高温区域时禁止基于上述通常起动时的POX的起动，执行与该通常起动时的POX不同的再起动控制。
在如此构成的本发明中，构成为在燃料电池模块从高温状态停止且通过停止控制装置执行停止处理时，在通常起动时的POX温度区域内发生再起动时，即使重整状态温度处在通常起动时的POX温度区域内，也至少在处于POX温度区域内的高温区域时禁止执行通常起动时所使用的POX，且执行与通常起动时的POX不同的再起动控制。其结果，与直接执行通常起动时的POX时相比，能够减轻即使表观上的温度较低也因为蓄积在燃料电池单电池、重整器的一部分等内的较大的余热而对燃料电池单电池给予氧化影响，或者因变为未预期的高温状态所引起的对单电池的负担，可以提高单电池的耐久性。而且，通过设法执行积极地利用了残留在燃料电池单电池、重整器内的余热的再起动控制，可不对单电池给予影响地加快燃料电池模块的温度恢复，并缩短起动时间。
在本发明中，优选上述再起动控制在上述重整状态温度处在上述ATR温度区域内时执行基于上述ATR的再起动，另一方面，在上述重整状态温度处在上述POX温度区域内时禁止基于通常起动时的POX的再起动，同时在上述重整状态温度降低至规定温度之前由上述停止控制装置使运行停止持续，在变为规定温度以下后执行再起动。
在如此构成的本发明中，由于在基于起动控制装置的运行再起动时，在通常起动时的POX温度区域内禁止基于通常起动时的POX的再起动，同时在等到重整状态温度降低至规定温度之后执行再起动，因此可抑制因在高温状态下执行POX所引起的对单电池的损伤，并快速地进行再起动。
在本发明中，优选上述再起动控制在上述重整状态温度处在上述通常起动时的POX温度区域内的规定温度以上时，禁止基于通常起动时的POX的再起动，在上述重整状态温度变为小于规定温度的温度之前由上述停止控制装置使运行停止持续，在变为规定温度以下后执行基于POX的再起动。
在如此构成的本发明中，由于在基于起动控制装置的运行再起动时，在通常起动时的POX温度区域内禁止基于通常起动时的POX的再起动，同时在等到重整状态温度降低至规定温度之后通过POX执行再起动，因此可抑制因在高温状态下执行POX所引起的对单电池的损伤，并利用基于POX的发热反应迅速地实现燃料电池模块的温度恢复，快速地转入通常运行。
在本发明中，优选上述再起动控制在上述重整状态温度处在上述通常起动时的POX温度区域的第1规定温度以上的第1温度区域时执行基于ATR的再起动，在比上述POX温度区域内的第1温度区域低的第2温度区域中执行基于POX的再起动，在第1温度区域和第2温度区域之间的第3温度区域中禁止再起动，在上述重整状态温度降低至小于规定温度的温度之前由上述停止控制装置使运行停止持续，在变为规定温度以下后执行基于POX的再起动。
在如此构成的本发明中，在再起动时可积极地利用残留在燃料电池单电池、重整器内的余热的通常起动时的POX的温度区域内，将ATR的运行范围扩大至通常运行时的POX温度区域内的第1规定温度以上，以执行ATR，在没有氧化影响的第2温度以下实现基于POX的再起动，在中间温度禁止再起动，并在通过停止处理控制实现了温度下降的基础上进行再起动，由此，能够抑制对单电池的影响，并在稳定的状态且短时间内实现温度上升。
在本发明中，优选通过上述再起动控制而进行的POX构成为，与上述通常起动时的POX相比使氧化剂气体的供给量减少。
在如此构成的本发明中，通过积极地利用残留在固体电解质型燃料电池单电池、重整器内的余热可实现迅速的起动，另一方面，可防止因为较多地投入氧化剂气体而因余热的影响对燃料电池单电池给予氧化影响。
另外，本发明是一种通过使燃料气体和氧化剂气体进行电化学反应来发电的固体电解质型燃料电池，其特征在于，具有：固体电解质型燃料电池单电池，配置在固体电解质型燃料电池模块内；重整部件，是对燃料气体进行重整并向上述燃料电池单电池供给的重整部件，其根据规定的温度区域利用如下任意一个重整反应将燃料气体重整为氢，该重整反应包括通过使燃料气体和氧化剂气体进行化学反应而对燃料气体进行部分氧化重整的重整反应即POX、通过使燃料气体和水蒸气进行化学反应而对燃料气体进行水蒸气重整的重整反应即SR、以及通过并用上述POX和上述SR而对燃料气体进行自热重整的重整反应即ATR；重整状态温度检测部件，检测用于上述重整部件变更重整状态的重整状态温度；及控制部件，控制上述燃料电池模块的运行，上述控制部件具备控制上述燃料电池模块的运行起动的起动控制部件和控制上述燃料电池模块的运行停止的停止控制部件，上述起动控制部件在使燃料气体点燃并燃烧后，在上述重整状态温度检测部件检测出的上述重整状态温度比上述POX开始的POX开始温度低时，执行利用燃料气体的燃烧热量使上述重整部件升温的燃烧运行，在上述重整状态温度处在上述POX开始温度以上且小于可实施上述水蒸气重整的温度的POX温度区域内时，为了使上述重整部件升温而执行通常起动时的POX，在上述重整状态温度处在可实施上述水蒸气重整的温度以上且小于规定的恒定温度的ATR温度区域内时，为了使上述重整部件升温而执行通常起动时的ATR，在上述重整状态温度处在上述规定的恒定温度以上时，为了使上述重整部件升温而执行通常起动时的SR，上述起动控制部件还在伴随上述燃料电池模块从高温状态的停止而由上述停止控制部件执行停止处理，并在上述POX温度区域内执行运行的再起动时，在上述重整状态温度至少处在上述POX温度区域内的高温区域时禁止基于上述通常起动时的POX的起动，执行与该通常起动时的POX不同的再起动控制。
根据本发明的固体电解质型燃料电池(SOFC)，在从高温状态停止时的再起动时，通过禁止通常起动时的POX转而执行与该通常起动时的POX不同的再起动控制，可减轻对单电池的负担并提高耐久性，同时可通过积极地利用了余热的运行而大幅度地缩短再起动时的起动时间。
附图说明
图1是表示本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的整体结构图。
图2是表示本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的燃料电池模块的正面剖视图。
图3是沿图2的III-III线的剖视图。
图4是表示本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的燃料电池单电池单元的局部剖视图。
图5是表示本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的燃料电池电堆的立体图。
图6是表示本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的框图。
图7是表示本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)起动时的动作的时间图。
图8是表示本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)运行停止时的动作的时间图。
图9是表示本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的通常起动时和再起动时的动作的各运行状态中的燃料流量、重整用空气流量、发电用空气流量、水流量以及重整器及电堆的转移温度条件的数据图表。
图10是表示在本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)中用于进行再起动的再起动控制流程的流程图。
图11是对于表示根据图10所示的本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的再起动控制流程执行再起动时的动作的时间图，与表示通常起动时的动作的时间图进行对比的图。
符号说明
1-固体电解质型燃料电池；2-燃料电池模块；4-辅助设备单元；8-密封空间；10-发电室；12-燃料电池单电池集合体；14-燃料电池电堆；16-燃料电池单电池单元；18-燃烧室；20-重整器；22-空气用换热器；24-供水源；26-纯水箱；28-水流量调节单元；30-燃料供给源；38-燃料流量调节单元；40-空气供给源；44-重整用空气流量调节单元；45-发电用空气流量调节单元；46-第1加热器；48-第2加热器；50-温水制造装置；52-控制箱；54-逆变器；83-点火装置；84-燃料电池单电池；110-控制部；112-操作装置；114-显示装置；116-警报装置；126-电力状态检测传感器；142-发电室温度传感器；150-外气温度传感器。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)。
图1是表示本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的整体结构图。如该图1所示，本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)1具备燃料电池模块2和辅助设备单元4。
燃料电池模块2具备壳体6，在该壳体6的内部隔着绝热材料(未图示，但是绝热材料不是必需的结构，没有也是可以的)形成有密封空间8。另外，也可以不设置绝热材料。在该密封空间8的下方部分即发电室10配置有利用燃料气体和氧化剂(空气)进行发电反应的燃料电池单电池集合体12。该燃料电池单电池集合体12具备10个燃料电池电堆14(参照图5)，该燃料电池电堆14由16根燃料电池单电池单元16(参照图4)构成。如此，燃料电池单电池集合体12具有160根燃料电池单电池单元16，这些燃料电池单电池单元16全部串联连接。
在燃料电池模块2的密封空间8的上述发电室10的上方形成有燃烧室18，发电反应中未使用的剩余的燃料气体和剩余的氧化剂(空气)在该燃烧室18内燃烧，生成排放气体。
而且，在该燃烧室18的上方配置有对燃料气体进行重整的重整器20，利用前述剩余气体的燃烧热量将重整器20加热至可进行重整反应的温度。而且，在该重整器20的上方配置有用于接收燃烧热量以加热空气的空气用换热器22。
接下来，辅助设备单元4具备：纯水箱26，贮存来自水管等供水源24的水并通过过滤器使其成为纯水；及水流量调节单元28(由电动机驱动的“水泵”等)，调节从该贮水箱供给的水的流量。而且，辅助设备单元4具备：气体截止阀32，截断从城市煤气等的燃料供给源30供给的燃料气体；脱硫器36，用于从燃料气体除去硫磺；及燃料流量调节单元38(由电动机驱动的“燃料泵”等)，调节燃料气体的流量。辅助设备单元4还具备截断从空气供给源40供给的氧化剂即空气的电磁阀42、调节空气流量的重整用空气流量调节单元44及发电用空气流量调节单元45(由电动机驱动的“空气鼓风机”等)、加热向重整器20供给的重整用空气的第1加热器46及加热向发电室供给的发电用空气的第2加热器48。上述第1加热器46和第2加热器48是为了高效地进行起动时的升温而设置的，但是也可以省略。
接下来，在燃料电池模块2上连接有温水制造装置50，向其供给排放气体。向该温水制造装置50供给来自供水源24的自来水，该自来水利用排放气体的热量成为温水，以供给未图示的外部供热水器的贮热水箱。
而且，在燃料电池模块2上安装有控制箱52，其用于控制燃料气体的供给量等。
而且，在燃料电池模块2上连接有电力取出部(电力转换部)即逆变器54，其用于向外部供给由燃料电池模块发出的电力。
接下来，根据图2及图3，说明本发明实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的燃料电池模块的内部结构。图2是表示本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的燃料电池模块的正面剖视图，图3是沿图2的III-III线的剖视图。
如图2及图3所示，在燃料电池模块2的壳体6的密封空间8内，如上所述，从下方依次配置有燃料电池单电池集合体12、重整器20、空气用换热器22。
重整器20安装有用于向其上游端侧导入纯水的纯水导入管60和用于导入将要重整的燃料气体和重整用空气的被重整气体导入管62，而且，在重整器20的内部从上游侧依次形成有蒸发部20a和重整部20b，在重整部20b填充有重整催化剂。导入该重整器20的混合有水蒸气(纯水)的燃料气体及空气通过填充在重整器20内的重整催化剂而被重整。作为重整催化剂适合使用在氧化铝的球体表面赋予镍的物质，或在氧化铝的球体表面赋予钌的物质。
在该重整器20的下游端侧连接有燃料气体供给管64，该燃料气体供给管64向下方延伸，进而在形成于燃料电池单电池集合体12下方的分流器66内水平延伸。在燃料气体供给管64的水平部64a的下方面形成有多个燃料供给孔64b，从该燃料供给孔64b向分流器66内供给重整后的燃料气体。
在该分流器66的上方安装有用于支撑上述燃料电池电堆14的具备贯穿孔的下支撑板68，分流器66内的燃料气体被供给到燃料电池单电池单元16内。
接下来，在重整器20的上方设置有空气用换热器22。该空气用换热器22在上游侧具备空气汇集室70，在下游侧具备2个空气分配室72，这些空气汇集室70和空气分配室72通过6个空气流路管74连接。在此，如图3所示，3个空气流路管74成为一组(74a、74b、74c、74d、74e、74f)，空气汇集室70内的空气从各组空气流路管74流入各自的空气分配室72。
在空气用换热器22的6个空气流路管74内流动的空气利用在燃烧室18燃烧而上升的排放气体进行预热。
在各个空气分配室72上连接有空气导入管76，该空气导入管76向下方延伸，其下端侧与发电室10的下方空间连通，向发电室10导入预热后的空气。
接下来，在分流器66的下方形成有排放气体室78。而且，如图3所示，在沿壳体6长度方向的面即前面6a和后面6b的内侧，形成有在上下方向上延伸的排放气体通路80，该排放气体通路80的上端侧与配置有空气用换热器22的空间连通，下端侧与排放气体室78连通。而且，在排放气体室78的下面大致中央连接有排放气体排出管82，该排放气体排出管82的下游端连接于图1所示的上述温水制造装置50。
如图2所示，用于使燃料气体和空气开始燃烧的点火装置83设置于燃烧室18。
下面，根据图4对燃料电池单电池单元16进行说明。图4是表示本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的燃料电池单电池单元的局部剖视图。
如图4所示，燃料电池单电池单元16具备燃料电池单电池84和分别连接于该燃料电池单电池84的上下方向端部的内侧电极端子86。
燃料电池单电池84是在上下方向上延伸的管状结构体，具备在内部形成燃料气体流路88的圆筒形内侧电极层90、圆筒形外侧电极层92、位于内侧电极层90和外侧电极层92之间的电解质层94。该内侧电极层90是燃料气体经过的燃料极，为(-)极，另一方面，外侧电极层92是与空气接触的空气极，为(+)极。
由于安装在燃料电池单电池单元16的上端侧和下端侧的内侧电极端子86为相同结构，所以在此具体地说明安装于上端侧的内侧电极端子86。内侧电极层90的上部90a具备相对于电解质层94和外侧电极层92露出的外周面90b和上端面90c。内侧电极端子86隔着导电性密封材料96与内侧电极层90的外周面90b连接，而且，通过与内侧电极层90的上端面90c直接接触而与内侧电极层90电连接。在内侧电极端子86的中心部形成有与内侧电极层90的燃料气体流路88连通的燃料气体流路98。
内侧电极层90例如由Ni和掺杂有从Ca或Y、Sc等稀土类元素中选择的至少一种元素的氧化锆的混合体、Ni和掺杂有从稀土类元素中选择的至少一种元素的二氧化铈的混合体、Ni和掺杂有从Sr、Mg、Co、Fe、Cu中选择的至少一种元素的镓酸镧的混合体中的至少一种形成。
电解质层94例如由掺杂有从Y、Sc等稀土类元素中选择的至少一种元素的氧化锆、掺杂有从稀土类元素中选择的至少一种元素的二氧化铈、掺杂有从Sr、Mg中选择的至少一种元素的镓酸镧中的至少一种形成。
外侧电极层92例如由掺杂有从Sr、Ca中选择的至少一种元素的锰酸镧、掺杂有从Sr、Co、Ni、Cu中选择的至少一种元素的铁酸镧、掺杂有从Sr、Fe、Ni、Cu中选择的至少一种元素的钴酸镧、银等中的至少一种形成。
下面，根据图5对燃料电池电堆14进行说明。图5是表示本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的燃料电池电堆的立体图。
如图5所示，燃料电池电堆14具备16根燃料电池单电池单元16，这些燃料电池单电池单元16的下端侧及上端侧分别被陶瓷制下支撑板68及上支撑板100支撑。在这些下支撑板68及上支撑板100上分别形成有内侧电极端子86可贯穿的贯穿孔68a及100a。
而且，在燃料电池单电池单元16上安装有集电体102及外部端子104。该集电体102由与安装于燃料极即内侧电极层90的内侧电极端子86电连接的燃料极用连接部102a和与空气极即外侧电极层92的外周面整体电连接的空气极用连接部102b一体地形成。空气极用连接部102b由在外侧电极层92的表面沿上下方向延伸的铅垂部102c和从该铅垂部102c沿外侧电极层92的表面在水平方向上延伸的很多水平部102d形成。而且，燃料极用连接部102a从空气极用连接部102b的铅垂部102c朝向燃料电池单电池单元16的位于上下方向的内侧电极端子86，向斜上方或斜下方直线延伸。
而且，在位于燃料电池电堆14一端(图5中左端的里侧及跟前侧)的2个燃料电池单电池单元16的上侧端及下侧端的内侧电极端子86上分别连接有外部端子104。这些外部端子104与位于邻接的燃料电池电堆14一端的燃料电池单电池单元16的外部端子104(未图示)连接，如上所述，160根燃料电池单电池单元16全部串联连接。
下面，根据图6对安装于本实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的传感器类等进行说明。图6是表示本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的框图。
如图6所示，固体电解质型燃料电池1具备控制部110，该控制部110连接有：操作装置112，具备用于使用者操作的“开”、“关”等操作按钮；显示装置114，用于显示发电输出值(瓦特数)等的各种数据；及警报装置116，在异常状态时等发出警报(warning)。另外，该警报装置116也可以是与位于远距离地点的管理中心连接，向该管理中心通知异常状态的形式。
接下来，向控制部110输入来自以下说明的各种传感器的信号。
首先，可燃气体检测传感器120是用于检测气体泄漏的元件，安装于燃料电池模块2及辅助设备单元4。
CO检测传感器122是用于检测原本经过排放气体通路80等向外部排出的排放气体中的CO是否泄漏在覆盖燃料电池模块2及辅助设备单元4的外部壳体(未图示)中的元件。
热水贮存状态检测传感器124是用于检测未图示的供热水器的热水温度、水量等的元件。
电力状态检测传感器126是用于检测逆变器54及配电板(未图示)的电流及电压等的元件。
发电用空气流量检测传感器128是用于检测向发电室10供给的发电用空气的流量的元件。
重整用空气流量传感器130是用于检测向重整器20供给的重整用空气的流量的元件。
燃料流量传感器132是用于检测向重整器20供给的燃料气体的流量的元件。
水流量传感器134是用于检测向重整器20供给的纯水(水蒸气)的流量的元件。
水位传感器136是用于检测纯水箱26的水位的元件。
压力传感器138是用于检测重整器20的外部上游侧的压力的元件。
排气温度传感器140是用于检测流入温水制造装置50的排放气体的温度的元件。
如图3所示，发电室温度传感器142设置在燃料电池单电池集合体12附近的前面侧和背面侧，是用于检测燃料电池电堆14附近的温度，从而推断燃料电池电堆14(即燃料电池单电池84自身)的温度的元件。
燃烧室温度传感器144是用于检测燃烧室18的温度的元件。
排放气体室温度传感器146是用于检测排放气体室78的排放气体的温度的元件。
重整器温度传感器148是用于检测重整器20的温度的元件，根据重整器20的入口温度和出口温度计算出重整器20的温度。
外气温度传感器150是当固体电解质型燃料电池(SOFC)配置在室外时用于检测外气温度的元件。而且，也可以设置测定外气湿度等的传感器。
来自这些传感器类的信号发送至控制部110，控制部110根据基于这些信号的数据，向水流量调节单元28、燃料流量调节单元38、重整用空气流量调节单元44、发电用空气流量调节单元45发送控制信号，以控制这些单元的各流量。
而且，控制部110向逆变器54发送控制信号，以控制电力供给量。
下面，根据图7说明本实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)起动时的动作。图7是表示本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)起动时的动作的时间图。
最初，为了加热燃料电池模块2，在无负荷状态，即，使包括燃料电池模块2的电路在开路状态下开始运行。此时，由于电路中未流动电流，所以燃料电池模块2不进行发电。
首先，从重整用空气流量调节单元44经由第1加热器46向燃料电池模块2的重整器20供给重整用空气。而且，与此同时从发电用空气流量调节单元45经由第2加热器48向燃料电池模块2的空气用换热器22供给发电用空气，该发电用空气到达发电室10及燃烧室18。
随后，还从燃料流量调节单元38供给燃料气体，混合有重整用空气的燃料气体经过重整器20及燃料电池电堆14、燃料电池单电池单元16，到达燃烧室18。
之后，通过点火装置83点火，使燃烧室18内的燃料气体和空气(重整用空气及发电用空气)燃烧。通过该燃料气体和空气的燃烧生成排放气体，利用该排放气体加热发电室10，而且，排放气体在燃料电池模块2的密封空间8内上升时，在加热重整器20内的包含重整用空气的燃料气体的同时，还加热空气换热器22内的发电用空气。
此时，由于通过燃料流量调节单元38及重整用空气流量调节单元44向重整器20供给混合有重整用空气的燃料气体，所以在重整器20中，进行式(1)所示的部分氧化重整反应POX。由于该部分氧化重整反应POX是发热反应，所以起动性良好。而且，该升温后的燃料气体通过燃料气体供给管64向燃料电池电堆14的下方供给，由此，燃料电池电堆14从下方被加热，而且，由于燃烧室18也通过燃料气体和空气的燃烧而升温，所以燃料电池电堆14还从上方被加热，结果燃料电池电堆14可以大致均等地在上下方向上升温。即使进行该部分氧化重整反应POX，在燃烧室18中也仍然持续保持燃料气体和空气的燃烧反应。
CmHn+xO2→aCO2+bCO+cH2        (1)
部分氧化重整反应POX开始后，当通过重整器温度传感器148检测出重整器20变为规定温度(例如600℃)时，通过水流量调节单元28、燃料流量调节单元38及重整用空气流量调节单元44向重整器20供给预先混合有燃料气体、重整用空气及水蒸气的气体。此时，在重整器20中，进行并用有上述的部分氧化重整反应POX和后述的水蒸气重整反应SR的自热重整反应ATR。由于该自热重整反应ATR可取得热量内部平衡，所以在重整器20内以热量自足的状态进行反应。即，当氧(空气)较多时，基于部分氧化重整反应POX的发热占支配地位，当水蒸气较多时，基于水蒸气重整反应SR的吸热反应占支配地位。由于在该阶段中，已经过起动的初期阶段，发电室10内已升温至一定程度的温度，所以即使吸热反应占支配地位也不会引起大幅度的温度降低。而且，在自热重整反应ATR进行中，在燃烧室18中也仍然持续进行燃烧反应。
式(2)所示的自热重整反应ATR开始后，当通过重整器温度传感器146检测出重整器20变为规定温度(例如700℃)时，在停止基于重整用空气流量调节单元44的重整用空气的供给的同时，增加基于水流量调节单元28的水蒸气的供给。由此，向重整器20供给不含空气而仅包含燃料气体和水蒸气的气体，在重整器20中，进行式(3)的水蒸气重整反应SR。
CmHn+xO2+yH2O→aCO2+bCO+cH2     (2)
CmHn+xH2O→aCO2+bCO+cH2         (3)
由于该水蒸气重整反应SR是吸热反应，所以与来自燃烧室18的燃烧热量取得热平衡并进行反应。由于该阶段是燃料电池模块2起动的最终阶段，所以发电室10内升温至足够高的温度，因此，即使进行吸热反应，也不会导致发电室10大幅度的温度降低。而且，即使进行水蒸气重整反应SR，在燃烧室18中也仍然持续进行燃烧反应。
如此，燃料电池模块2通过点火装置83点火后，通过依次进行部分氧化重整反应POX、自热重整反应ATR、水蒸气重整反应SR，使发电室10内的温度逐渐上升。之后，当发电室10内及燃料电池单电池84的温度达到比使燃料电池模块2稳定地工作的额定温度低的规定的发电温度后，使包括燃料电池模块2的电路闭路，开始基于燃料电池模块2的发电，由此，在电路中流过电流。通过燃料电池模块2的发电，燃料电池单电池84自身也发热，燃料电池单电池84的温度也上升。结果使燃料电池模块2工作的额定温度达到例如600℃至800℃。
此后，为了保持额定温度，供给比燃料电池单电池84中消耗的燃料气体及空气的量多的燃料气体及空气，使燃烧室18中的燃烧持续。另外，在发电中以重整效率高的水蒸气重整反应SR进行发电。
下面，根据图8说明本实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)运行停止时的动作。图8是通过本实施方式表示固体电解质型燃料电池(SOFC)运行停止时的动作的时间图。
如图8所示，进行燃料电池模块2的运行停止时，首先，操作燃料流量调节单元38及水流量调节单元28，减少燃料气体及水蒸气对重整器20的供给量。
而且，进行燃料电池模块2的运行停止时，在减少燃料气体及水蒸气对重整器20的供给量的同时，增大基于发电用空气流量调节单元45的发电用空气对燃料电池模块2内的供给量，利用空气冷却燃料电池单电池集合体12及重整器20，使它们的温度降低。其后，当发电室的温度降低至规定温度例如400℃时，停止向重整器20供给燃料气体及水蒸气，结束重整器20的水蒸气重整反应SR。该发电用空气的供给持续至重整器20的温度降低至规定温度例如200℃，在变为该规定温度时，停止从发电用空气流量调节单元45供给发电用空气。
如此，在本实施方式中，由于进行燃料电池模块2的运行停止时，并用基于重整器20的水蒸气重整反应SR和基于发电用空气的冷却，所以能够在较短的时间内使燃料电池模块的运行停止。
下面，参照图9～图11说明本实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的再起动时的动作。图9是表示本实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的通常起动时和再起动时的动作的各运行状态中的燃料流量、重整用空气流量、发电用空气流量、水流量以及重整器及电堆的转移温度条件的数据图表。
首先，如图9所示，本实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)具备如下控制模式(以下称为“通常起动模式”)，作为运行的通常起动时的动作执行与上述的图7所示的本实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的起动时的动作相同的动作。
而且，本实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)具备如下再起动控制模式(以下称为“再起动模式”)，在图8所示的本实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的停止动作已被执行的状态下要求运行的起动(所谓的“再起动”)时执行该运行的再起动，上述的再起动模式分别根据所对应的再起动控制流程来执行。
另外，在后面详细说明图9中的通常起动模式及再起动模式。
接下来，根据图10，具体地说明本实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的再起动控制流程。图10是表示在本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)中用于进行再起动的再起动控制流程的流程图。在图10中，S表示各步骤。
首先，在S1中，判定燃料电池模块2是否处于停止运行中，处于停止运行中时，进入S2，判定是否要求再起动。
在S2中，当判定为要求再起动时，进入S3，通过检测出用于重整器20变更重整状态的重整状态温度的重整状态温度检测部件的一部分即重整器温度传感器148测定重整器20的温度(以下称为“重整器温度Tr”)后，进入S4，通过检测出用于重整器20变更重整状态的重整状态温度的重整状态温度检测部件的一部分即发电室温度传感器142测定燃料电池电堆14(即燃料电池单电池84自身)附近的温度即电堆温度Ts。
接下来，进入S5，判定重整器温度Tr是否为500℃以上。
在S5中，当判定为重整器温度Tr不为500℃以上时，进入S6，判定重整器温度Tr是否小于200℃。
在S6中，当判定为重整器温度Tr不小于200℃，即重整器温度Tr为200℃以上且小于500℃时，进入S7，判定重整器温度Tr是否为200℃以上且小于230℃。
在S7中，当判定为重整器温度Tr不符合200℃以上且小于230℃的条件，即重整器温度Tr为230℃以上且小于500℃时，进入S8，禁止用点火装置83点燃燃料气体并保留再起动，使停止运行持续。
而且，在重整器温度Tr降低至200℃以上且小于230℃的温度区域内的时刻，从S7进入S9，开始用点火装置83点燃燃料气体，在该刚刚点燃之后执行图9所示的数据图表中的基于“再起动模式”的“再起动POX”。
而且，在S5中，当判定为重整器温度Tr为500℃以上时，进入S10，判定重整器温度Tr是否为600℃以上。
在S10中，当判定为重整器温度Tr不为600℃以上，即重整器温度Tr为500℃以上且小于600℃时，进入S11，执行图9所示的数据图表中的基于“再起动模式”的“通常起动ATR”。
另一方面，在S10中，当判定为重整器温度Tr为600℃以上时，进入S12，判定通过发电室温度传感器142测定的电堆温度Ts是否为600℃以上。
在S12中，当判定为电堆温度Ts为600℃以上时，进入S13，执行图9所示的数据图表中的基于“再起动模式”的“通常起动SR”。另一方面，在S12中，当判定为电堆温度Ts不为600℃以上，即尽管重整器温度Tr为600℃以上，但是电堆温度Ts小于600℃时，进入S11，执行图9所示的数据图表中的基于“再起动模式”的“通常起动ATR”。
接下来，在S1中，判定燃料电池模块2是否处于停止运行中，当未处于停止运行中时，进入S14，判定是否存在基于起动中熄火的再起动要求。
在S14中，当判定为存在基于熄火的再起动要求时，以及在S6中，当判定为重整器温度Tr小于200℃时，即使温度传感器的值在表观上较高，也由于燃料电池模块整体并未长时间处于高温状态，因此并未处于平均地蓄热的状况，由此，并未处于可执行基于余热的再起动控制的状况，因此，进入S15，根据图9所示的数据图表中的“通常起动模式”执行再起动。
接下来，参照图9～图11，更具体地说明根据图10所示的本实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的再起动控制流程执行再起动时的动作。
图11是对于表示根据图10所示的本实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的再起动控制流程执行再起动时的动作的时间图，与表示通常起动时的动作的时间图进行对比的图。
另外，图11上段的时间图是表示执行图9所示的数据图表中的“通常起动模式”时的固体电解质型燃料电池(SOFC)的通常起动的动作的时间图，图11下段的时间图是表示执行图9所示的数据图表中的“再起动模式”时的固体电解质型燃料电池(SOFC)的再起动的动作的时间图。
而且，对于以下的基于本实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的再起动控制流程的再起动的动作说明，仅参照图9所示的与“通常起动模式”和“再起动模式”相关的数据图表，同时与基于“通常起动模式”的通常起动时的动作对比并说明图11所示的本实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的基于“再起动模式”的再起动时的动作。
首先，对图9所示的“通常起动模式”的数据图表的表示方法进行说明。
图9所示的“通常起动模式”的“状态”这一栏从上段向下段按时序顺序分别表示通常起动时的各运行状态，对于各运行状态，简要记述并区别为“点燃时”、“燃烧运行”、“通常起动POX”、“通常起动ATR”、“通常起动SR”。
即，对于图11中的“通常起动模式”的时间图的横轴即时间t，使“点燃时”的时间为t1，使依次转入“通常起动POX”、“通常起动ATR”及“通常起动SR”时的时间分别为t2、t3及t4，在时间t中使重整器温度传感器148检测出的重整器20的温度为Tr(t)，在时间t中使由发电室温度传感器142测定的电堆温度为Ts(t)。
图9所示的“通常起动模式”的“点燃时”这一运行状态是使点火装置83点火，点燃燃料气体而开始燃烧的状态，使该点燃时(t＝t1)重整器温度传感器148检测出的重整器20的温度为“点燃时温度Tr(t1)”，该点燃时温度Tr(t1)比POX开始时(t＝t2)的重整器20的温度(以下称为“POX开始温度Tr(t2)”)(＝300℃)低。
接下来，“通常起动模式”的“燃烧运行”这一运行状态为，在燃料气体点燃后而开始燃烧后，在利用该燃料气体的燃烧热量加热重整器20而执行燃烧运行的控制区域(以下称为“燃烧运行控制区域B1”)内控制起动，并在重整器温度传感器148检测出的重整器20的温度为从点燃时温度Tr(t1)至小于POX开始温度Tr(t2)(＝300℃)的温度区域W1内执行的运行状态。
接下来，“通常起动模式”的“通常起动POX”这一运行状态为，重整器温度传感器148检测出的重整器20的温度Tr(t)处在POX开始温度Tr(t2)(＝300℃)以上且小于可实施SR的SR可能温度(以下称为“SR可能温度Tr(t3)”)(＝600℃)的温度区域(以下称为“通常起动POX温度区域W2”)内时(300℃≤Tr(t)＜600℃)，在利用基于POX的反应热量和燃料气体的燃烧热量加热重整器20从而执行POX的控制区域(以下称为“通常起动模式POX控制区域B2”)内控制起动。
接下来，“通常起动模式”的“通常起动ATR”这一运行状态为，在重整器温度传感器148检测出的重整器20的温度Tr(t)处在SR可能温度Tr(t3)(＝600℃)以上且小于规定的恒定温度Tr(t4)(＝650℃)的温度区域(600℃≤Tr(t)＜650℃)(以下称为“通常起动ATR温度区域W3”)内，并且，由发电室温度传感器142测定的电堆温度Ts处在250℃以上且小于600℃的温度区域(250℃≤Ts＜600℃)内时，控制基于POX的反应热量、燃料气体的燃烧热量及基于SR的吸热从而加热重整器20，在执行ATR的控制区域(以下称为“通常起动模式ATR控制区域B3”)内控制起动。
接下来，“通常起动模式”的“通常起动SR”这一运行状态为，在重整器温度传感器148检测出的重整器20的温度Tr(t)为650℃以上的规定的恒定温度Tr(t4)，并且，由发电室温度传感器142测定的电堆温度Ts为600℃以上时，在执行SR的控制区域(以下称为“通常起动模式SR控制区域B4”)内控制起动。
另外，图9所示的“燃料流量”这一栏示出从辅助设备单元4的燃料气体供给部件即燃料流量调节单元38向重整器20供给的燃料气体的流量[L/min]。
而且，图9所示的“重整用空气流量”这一栏示出在各运行状态中，从辅助设备单元4的氧化剂气体供给部件即重整用空气流量调节单元44经由氧化剂气体加热部件即第1加热器46向重整器20供给的氧化剂气体(重整用空气)的流量[L/min]。
而且，图9所示的“发电用空气流量”这一栏示出在各运行状态中，从辅助设备单元4的发电用空气流量调节单元45经由第2加热器48向发电室10供给的发电用空气的流量[L/min]。
而且，图9所示的“水流量”这一栏示出在各运行状态中，从辅助设备单元4的生成纯水并向重整器20供给的供水部件即水流量调节单元28向重整器20供给的纯水的流量[cc/min]。
而且，对于图9所示的“转移温度条件”的“重整器温度”及“电堆温度”这一栏，示出运行状态转入下一个运行状态时的重整器20的温度及燃料电池电堆14的温度。
更具体地说明时，例如“通常起动模式”的“燃烧运行”的状态栏中的“转移温度条件”的“重整器温度”示出了“300℃以上”，这意味着重整器温度传感器148检测出的重整器20的温度Tr(t)变为300℃以上时，“燃烧运行”的运行状态转入“通常起动POX”的运行状态。
同样，“通常起动模式”的“通常起动POX”的状态栏中的“转移温度条件”的“重整器温度”示出了“600℃以上”，“电堆温度”示出了“250℃以上”，这意味着重整器温度传感器148检测出的重整器20的温度Tr(t)变为600℃以上，由发电室温度传感器142测定的电堆温度Ts变为250℃以上时，从“通常起动POX”的运行状态转入“通常起动ATR”的运行状态。
接下来，对图9所示的“再起动模式”的数据图表的表示方法进行说明，但是由于与上述的“通常起动模式”的数据图表的表示方法基本相同，因此着眼于与“通常起动模式”的数据图表的不同点或特征点进行说明。
首先，图9所示的“再起动模式”的“状态”这一栏从上段向下段按时序顺序分别表示再起动时的各运行状态，对于各运行状态，简要记述为“点燃时”、“再起动POX”、“点燃禁止”、“通常起动ATR”、“通常起动SR”。
即，对于图11中的“再起动模式”的时间图的横轴即时间t，使“点燃时”的时间为t11，使依次转入“再起动POX”、“通常起动ATR”及“通常起动SR”时的时间分别为t12、t13及t14。
接下来，图9所示的“再起动模式”的“点燃时”这一运行状态为，在燃料电池模块2的停止运行中要求再起动时，在重整器温度传感器148检测出的重整器20的温度Tr(t)小于比上述的“通常起动模式”的通常起动模式POX控制区域B2的POX开始温度Tr(t2)(＝300℃)低的规定温度Tr(t11)(＝200℃)时，基于“通常起动模式”的通常起动从“通常起动模式”的点燃后的“燃烧运行”开始执行(参照图10的S6及S15)。
另一方面，重整器20的温度Tr(t11)为规定温度(＝200℃)以上时，使点火装置83点火，在燃料气体点燃后，立即转入“再起动模式”的“再起动POX”的运行状态(参照图10的S7及S9)。
另外，图9所示的“再起动模式”的“点燃时”的“燃料流量”为5.5[L/min]，比“通常起动模式”的“点燃时”的“燃料流量”(6.0[L/min])少。
接下来，图9及图10的S9所示的“再起动模式”的“再起动POX”这一运行状态为，在重整器温度传感器148检测出的重整器20的温度Tr(t11)为规定温度(＝200℃)以上时，使点火装置83点火，在燃料气体点燃后，立即进行转移从而在执行POX的控制区域(以下称为“再起动模式POX控制区域B12”)内控制再起动。
该在“再起动模式”的再起动模式POX控制区域B12内执行的“再起动POX”的运行状态是与在“通常起动模式”的通常起动模式POX控制区域B2内执行的“通常起动POX”不同的运行状态。
更具体地说明时，在“再起动模式”的再起动模式POX控制区域B 12内执行“再起动POX”的重整器20的温度区域(以下称为“再起动POX温度区域W12”)与在“通常起动模式”的通常起动模式POX控制区域B2内执行“通常起动POX”的通常起动POX温度区域W2(300℃≤Tr(t)＜600℃)相比，处在低温侧的温度区域(200℃≤Tr(t)＜230℃)内。
而且，“再起动模式”的“再起动POX”的运行状态中的“燃料流量”为5.5[L/min]，虽然比“通常起动模式”的“点燃时”及“燃烧运行”的运行状态中的“燃料流量”(6.0[L/min])少，但是比“通常起动模式”的“通常起动POX”的运行状态中的“燃料流量”(5.0[L/min])多。
而且，“再起动模式”的“再起动POX”的运行状态中的“重整用空气流量”为17.0[L/min]，比“通常起动模式”的“通常起动POX”的运行状态中的“重整用空气流量”(18.0[L/min])少。
接下来，图9所示的“再起动模式”的“点燃禁止”这一运行状态为，禁止用点火装置83点燃燃料气体从而禁止再起动，在使停止运行持续的控制区域(以下称为“再起动模式点燃禁止控制区域”)内控制再起动(参照图10的S8)。
更具体地说明时，在“再起动模式”的再起动模式点燃禁止控制区域内执行“点燃禁止”的重整器20的温度区域(以下称为“点燃禁止温度区域”)与“再起动模式”的再起动POX温度区域W12相比，处在位于高温侧的230℃以上且小于500℃的温度区域内。
而且，尽管在“再起动模式”的再起动模式点燃禁止控制区域中，尤其是“再起动模式”的点燃禁止温度区域内的300℃以上且小于500℃的部分与“通常起动模式”的通常起动POX温度区域W2(300℃≤Tr(t)＜600℃)内的一部分温度区域重叠，但是不执行“通常起动模式”的“通常起动POX”。
而且，在“再起动模式”的再起动模式点燃禁止控制区域中，在重整器温度Tr从点燃禁止控制区域内(230℃≤Tr＜500℃)降低至小于230℃的时刻，开始用点火装置83点燃燃料气体，在该刚刚点燃之后，执行图9所示的数据图表中的基于“再起动模式”的“再起动POX”(参照图10的S7及S9)。
接下来，图9及图10的S11所示的“再起动模式”的“通常起动ATR”这一运行状态为，重整器20的温度Tr(t)处在相当于“通常起动模式”的通常起动POX温度区域W2的温度区域内，并且与“再起动模式”的点燃禁止温度区域相比处在位于高温侧的500℃以上且小于600℃的温度区域(以下称为“再起动ATR温度区域W13”)内时，在执行与“通常起动模式”的“通常起动ATR”相同的ATR的控制区域(以下称为“再起动模式ATR控制区域B13”)内控制再起动。
接下来，图9及图10的S13所示的“再起动模式”的“通常起动SR”这一运行状态为，在通过与“通常起动模式”的“通常起动SR”的“转移温度条件”相同的条件执行与“通常起动模式”的“通常起动SR”相同的SR的控制区域(以下称为“再起动模式SR控制区域B14”)内控制再起动。
而且，如图11所示，从“再起动模式”的“再起动POX”转入“通常起动ATR”时的时间t13与从“通常起动模式”的“通常起动POX”转入“通常起动ATR”时的时间t3相比，为较少的时间。
而且，对于从“再起动模式”的“通常起动ATR”转入“通常起动SR”时的时间t14，与从“通常起动模式”的“通常起动ATR”转入“通常起动SR”时的时间t4相比，也为较少的时间，基于再起动的起动时间比基于通常起动的起动时间短。
根据上述的本实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)中的基于再起动控制流程的再起动控制，在因燃料电池模块2的运行停止，重整器20的温度Tr(t)处在相当于“通常起动模式”的通常起动POX温度区域W2的温度区域内时，通过积极地利用残留在燃料电池电堆14、重整器20内的余热，即使重整器20的温度Tr(t)处在通常起动POX温度区域W2内，也禁止执行基于“通常起动模式”的通常起动模式POX控制区域B2的“通常起动POX”，可代替该禁止的“通常起动模式”的“通常起动POX”，执行与该“通常起动POX”不同的再起动控制。
其结果，与在再起动时未禁止执行基于“通常起动模式”的通常起动模式POX控制区域B2的通常起动POX，而是直接执行通常起动POX时相比，能够减轻燃料电池单电池84的氧化、异常高温所引起的对燃料电池单电池84的负担，可提高燃料电池单电池84的耐久性。
而且，通过积极地利用残留在燃料电池单电池84、重整器20内的余热，执行与“通常起动模式”的“通常起动POX”不同的再起动控制，可大幅度地缩短起动时间。
而且，例如在基于起动时的熄火而进行再起动时(参照图10的S14及S15)，可禁止基于“再起动模式”的再起动，并执行基于“通常起动模式”的起动，因此，可抑制燃料电池单电池单元16损伤。
而且，根据本实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)中的基于再起动控制流程的再起动控制，在与“再起动模式”的点燃禁止温度区域(230℃≤Tr＜500℃)相比位于高温侧的“再起动模式”的再起动ATR温度区域W13(500℃≤Tr＜600℃)中，执行基于与“通常起动模式”的通常起动模式ATR控制区域B3的通常起动ATR相同的ATR的再起动，另一方面，在“再起动模式”的点燃禁止温度区域(230℃≤Tr＜500℃)中禁止基于“通常起动模式”的“通常起动POX”的再起动，同时在等到重整器20的温度Tr(t)降低至小于230℃后，执行基于“再起动模式”的“再起动POX”的再起动，因此，可抑制在高温状态下执行POX所引起的对燃料电池单电池84的损伤，并利用基于POX的发热反应迅速地实现燃料电池模块的温度恢复，快速地进行再起动。
而且，根据本实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)中的基于再起动控制流程的再起动控制，在再起动时积极地利用残留在燃料电池单电池84、重整器20内的余热，将执行“再起动模式”的“通常起动ATR”的温度范围扩大至“通常起动模式”的“通常起动POX”的POX温度区域W2内的规定温度以上的范围(500℃≤Tr＜600℃)，由此，能够抑制对燃料电池单电池84的影响，并在稳定的状态且短时间内实现温度上升。
即，在能够在再起动时积极地利用残留在重整器20、燃料电池电堆14内的余热的“通常起动模式”的POX温度区域W2(300℃≤Tr＜600℃，Ts＜250℃)中，将“再起动模式”的“通常起动ATR”的运行范围扩大至“通常起动模式”的POX温度区域W2(300℃≤Tr＜600℃，Ts＜250℃)内的规定温度以上(500℃≤Tr＜600℃)，以执行“再起动模式”的“通常起动ATR”，在没有氧化影响的规定温度以下(200℃≤Tr＜230℃)实现基于“再起动模式”的“再起动POX”的再起动，在中间温度(230℃≤Tr＜500℃)禁止再起动，并在通过停止处理控制实现了温度下降的基础上进行再起动，由此，能够抑制对燃料电池电堆14的影响，并在稳定的状态且短时间内实现温度上升。
而且，根据本实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)中的基于再起动控制流程的再起动控制，在执行“再起动模式”的“再起动POX”的再起动模式POX控制区域B12中，通过积极地利用残留在燃料电池单电池84、重整器20内的余热，可实现迅速的起动，另一方面，可利用比在执行“通常起动模式”的“通常起动POX”的通常起动模式POX控制区域B2中从氧化剂气体供给部件即重整用空气流量调节单元44向重整器20供给的氧化剂气体(重整用气体)的供给量少的氧化剂气体(重整用空气)来执行“再起动POX”，可防止因为较多地投入氧化剂气体而在余热的影响下给予燃料电池电堆14氧化影响。

Claims (9)

1.一种固体电解质型燃料电池，是通过使燃料气体和氧化剂气体进行电化学反应来发电的固体电解质型燃料电池，其特征在于，具有：
固体电解质型燃料电池单电池，配置在固体电解质型燃料电池模块内；
重整器，是对燃料气体进行重整并向上述燃料电池单电池供给的重整器，其根据规定的温度区域利用如下任意一个重整反应将燃料气体重整为氢，该重整反应包括通过使燃料气体和氧化剂气体进行化学反应而对燃料气体进行部分氧化重整的重整反应即POX、通过使燃料气体和水蒸气进行化学反应而对燃料气体进行水蒸气重整的重整反应即SR、以及通过并用上述POX和上述SR而对燃料气体进行自热重整的重整反应即ATR；
重整状态温度检测器，检测用于上述重整器变更重整状态的重整状态温度；
及控制装置，控制上述燃料电池模块的运行，
上述控制装置具备控制上述燃料电池模块的运行起动的起动控制装置和控制上述燃料电池模块的运行停止的停止控制装置，
上述起动控制装置在使燃料气体点燃并燃烧后，在上述重整状态温度检测器检测出的上述重整状态温度比上述POX开始的POX开始温度低时，执行利用燃料气体的燃烧热量使上述重整器升温的燃烧运行，
在上述重整状态温度处在上述POX开始温度以上且小于可实施上述水蒸气重整的温度的POX温度区域内时，为了使上述重整器升温而执行通常起动时的POX，
在上述重整状态温度处在可实施上述水蒸气重整的温度以上且小于规定的恒定温度的ATR温度区域内时，为了使上述重整器升温而执行通常起动时的ATR，
在上述重整状态温度处在上述规定的恒定温度以上时，为了使上述重整器升温而执行通常起动时的SR，
上述起动控制装置还在伴随上述燃料电池模块从高温状态的停止而由上述停止控制装置执行停止处理，并在上述POX温度区域内执行运行的再起动时，在上述重整状态温度至少处在上述POX温度区域内的高温区域时禁止基于上述通常起动时的POX的起动，执行与该通常起动时的POX不同的再起动控制。
2.根据权利要求1所述的固体电解质型燃料电池，其特征在于，上述再起动控制在上述重整状态温度处在上述ATR温度区域内时执行基于上述ATR的再起动，另一方面，在上述重整状态温度处在上述POX温度区域内时禁止基于通常起动时的POX的再起动，同时在上述重整状态温度降低至规定温度之前由上述停止控制装置使运行停止持续，在变为规定温度以下后执行再起动。
3.根据权利要求2所述的固体电解质型燃料电池，其特征在于，上述再起动控制在上述重整状态温度处在上述通常起动时的POX温度区域内的规定温度以上时，禁止基于通常起动时的POX的再起动，在上述重整状态温度变为小于规定温度的温度之前由上述停止控制装置使运行停止持续，在变为规定温度以下后执行基于POX的再起动。
4.根据权利要求2所述的固体电解质型燃料电池，其特征在于，上述再起动控制在上述重整状态温度处在上述通常起动时的POX温度区域的第1规定温度以上的第1温度区域时执行基于ATR的再起动，在比上述POX温度区域内的第1温度区域低的第2温度区域中执行基于POX的再起动，在第1温度区域和第2温度区域之间的第3温度区域中禁止再起动，在上述重整状态温度降低至小于规定温度的温度之前由上述停止控制装置使运行停止持续，在变为规定温度以下后执行基于POX的再起动。
5.根据权利要求3所述的固体电解质型燃料电池，其特征在于，上述再起动控制在上述重整状态温度处在上述通常起动时的POX温度区域的第1规定温度以上的第1温度区域时执行基于ATR的再起动，在比上述POX温度区域内的第1温度区域低的第2温度区域中执行基于POX的再起动，在第1温度区域和第2温度区域之间的第3温度区域中禁止再起动，在上述重整状态温度降低至小于规定温度的温度之前由上述停止控制装置使运行停止持续，在变为规定温度以下后执行基于POX的再起动。
6.根据权利要求3所述的固体电解质型燃料电池，其特征在于，通过上述再起动控制而进行的POX构成为，与上述通常起动时的POX相比使氧化剂气体的供给量减少。
7.根据权利要求4所述的固体电解质型燃料电池，其特征在于，通过上述再起动控制而进行的POX构成为，与上述通常起动时的POX相比使氧化剂气体的供给量减少。
8.根据权利要求5所述的固体电解质型燃料电池，其特征在于，通过上述再起动控制而进行的POX构成为，与上述通常起动时的POX相比使氧化剂气体的供给量减少。
9.一种固体电解质型燃料电池，是通过使燃料气体和氧化剂气体进行电化学反应来发电的固体电解质型燃料电池，其特征在于，具有：
固体电解质型燃料电池单电池，配置在固体电解质型燃料电池模块内；
重整部件，是对燃料气体进行重整并向上述燃料电池单电池供给的重整部件，其根据规定的温度区域利用如下任意一个重整反应将燃料气体重整为氢，该重整反应包括通过使燃料气体和氧化剂气体进行化学反应而对燃料气体进行部分氧化重整的重整反应即POX、通过使燃料气体和水蒸气进行化学反应而对燃料气体进行水蒸气重整的重整反应即SR、以及通过并用上述POX和上述SR而对燃料气体进行自热重整的重整反应即ATR；
重整状态温度检测部件，检测用于上述重整部件变更重整状态的重整状态温度；
及控制部件，控制上述燃料电池模块的运行，
上述控制部件具备控制上述燃料电池模块的运行起动的起动控制部件和控制上述燃料电池模块的运行停止的停止控制部件，
上述起动控制部件在使燃料气体点燃并燃烧后，在上述重整状态温度检测部件检测出的上述重整状态温度比上述POX开始的POX开始温度低时，执行利用燃料气体的燃烧热量使上述重整部件升温的燃烧运行，
在上述重整状态温度处在上述POX开始温度以上且小于可实施上述水蒸气重整的温度的POX温度区域内时，为了使上述重整部件升温而执行通常起动时的POX，
在上述重整状态温度处在可实施上述水蒸气重整的温度以上且小于规定的恒定温度的ATR温度区域内时，为了使上述重整部件升温而执行通常起动时的ATR，
在上述重整状态温度处在上述规定的恒定温度以上时，为了使上述重整部件升温而执行通常起动时的SR，
上述起动控制部件还在伴随上述燃料电池模块从高温状态的停止而由上述停止控制部件执行停止处理，并在上述POX温度区域内执行运行的再起动时，在上述重整状态温度至少处在上述POX温度区域内的高温区域时禁止基于上述通常起动时的POX的起动，执行与该通常起动时的POX不同的再起动控制。
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